Rheologische und mechanische Auslegung von Radialwendelverteilerwerkzeugen

Bei der Blasfolienextrusion werden Radialwendelverteilerwerkzeuge als Alternative zu den konventionellen Axialwendelverteilern eingesetzt. In dieser Arbeit werden zunächst die spezifischen Vor- und Nachteile beider Werkzeugkonzepte verglichen. Es folgt eine Betrachtung der wichtigsten Auslegungskriterien von Wendelverteilern und schließlich die Darstellung der Anforderungen an das zu entwickelnde Simulationsprogramm zur rheologischen Auslegung. Nach einer Betrachtung des Standes der Technik werden das dem erstellten Simulationsprogramm zugrunde liegende Simulationsmodell und die angenommenen Vereinfachungen und Randbedingungen ausführlich dargestellt. Da Wendelverteiler in radialer Bauweise besonders anfällig für Werkzeugdeformationen aufgrund hoher Schmelzedrücke sein können, ist in dem Simulationsmodell ein Berechnungsmodell zur Bestimmung der Verbiegungen der Werkzeugplatten integriert, welches mit der rheologischen Fließsimulation gekoppelt ist. Um die Berechnungsergebnisse zu überprüfen, wird ein Versuchsstand konzipiert, bei dem das Modell eines Radialverteilers aus transparenten PMMA-Platten gefertigt wird. Das Werkzeug wird mit einem Modellfluid bei Raumtemperatur gespeist und bietet die Möglichkeit, Schmelzegeschwindigkeiten und Drücke zu messen, sowie Farbfäden einzuspeisen. Zudem kann die Aufbiegung des Werkzeugdeckels gemessen werden. Der Vergleich von Messung und Rechnung erlaubt eine Aussage über die Simulationsgüte verschiedener in dem Programm integrierter Approximationsansätze. Auf Basis des Simulationsprogramms und der Erfahrungen mit dem Modellwerkzeug wird schließlich ein Prototypenwerkzeug aus Stahl in Modulbauweise konstruiert, ausgelegt und gefertigt und in ersten Tests mit verschiedenen PE-Typen Blasfolien hergestellt. Die Druckverluste und Foliendickenverteilungen der ersten Texts werden mit den Simulationsergebnissen verglichen und zeigen eine gute Übereinstimmung.